HDB3码型变换实验
班级：2013级电子一班
姓名：王少阳
学号：201300800134 第一部分：
（1）用示波器分别观测编码输入的数据TH3和编码输出的数据TH1(HDB3输出)，观察记录波形，有数字示波器的可以观测编码输出信号频谱，验证HDB3编码规则。
（2）保持示波器测量编码输入数据TH3的通道不变，另一通道测量中间测试点TP2 (HDB3-A1)，观察基带码元的奇数位的变换波形。
（3）保持示波器测量编码输入数据TH3的通道不变，另一通道测量中间测试点
TP3 (HDB3-B1)，观察基带码元的偶数位的变换波形。
（4）用示波器分别观测模块8的TP2(HDB3-A1)和TP3(HDB3-B1)，可从频域角度观察信号所含256KHz频谱分量情况；或用示波器减法功能观察HDB3-A1与HDB3-B1相减后的波形情况,，并与HDB3编码输出波形相比较。
（5）用示波器对比观测编码输入的数据和译码输出的数据，观察记录HDB3译码波形与输入信号波形。
思考：译码过后的信号波形与输入信号波形相比延时多少？
答：波形相比延迟了五个时钟周期。
（6）用示波器分别观测TP4(HDB3-A2)和TP8(HDB3-B2)，从时域或频域角度了解HDB3码经电平变换后的波形情况。
（7）用示波器分别观测模块8的TH7(HDB3输入)和TH6(单极性码)，从频域角度观测双极性码和单极性码的256KHz频谱分量情况。
（8）用示波器分别观测编码输入的时钟和译码输出的时钟，观察比较恢复出的位时钟波形与原始位时钟信号的波形。
思考：此处输入信号采用的单极性码，可较好的恢复出位时钟信号，如果输入信号采用的是双极性码，是否能观察到恢复的位时钟信号，为什么？
答：不能。因为采用双极性码时，接收时钟信号与发出的时钟信号不同步。
第二部分：
（1）用示波器分别观测编码输入的数据TH3和编码输出的数据TH1(HDB3输出)，观察记录波形，有数字示波器的可以观测编码输出信号频谱，验证HDB3编码规则。
（2）保持示波器测量编码输入数据TH3的通道不变，另一通道测量中间测试点TP2 (HDB3-A1)，观察基带码元的奇数位的变换波形。
（3）保持示波器测量编码输入数据TH3的通道不变，另一通道测量中间测试点TP3 (HDB3-B1)，观察基带码元的偶数位的变换波形。
（4）用示波器分别观测模块8的TP2(HDB3-A1)和TP3(HDB3-B1)，可从频域角度观察信号所含256KHz频谱分量情况；或用示波器减法功能观察HDB3-A1与HDB3-B1相减后的波形情况,，并与HDB3编码输出波形相比较。
（可能由于操作或者其他的错误，造成了输出为直线，无法比较分析）
（5）用示波器对比观测编码输入的数据和译码输出的数据，观察记录HDB3译码波形与输入信号波形。
（可能由于操作或者其他的错误，造成了输出为直线，无法比较分析）
（6）用示波器分别观测TP4(HDB3-A2)和TP8(HDB3-B2)，从时域或频域角度了解HDB3码经电平变换后的波形情况。
（7）用示波器分别观测模块8的TH7(HDB3输入)和TH6(单极性码)，从频域角度观测双极性码和单极性码的256KHz频谱分量情况。
（8）用示波器分别观测编码输入的时钟和译码输出的时钟，观察比较恢复出的位时钟波形与原始位时钟信号的波形。
第三部分：
（1）观察含有长连0信号的HDB3编码波形。用示波器观测模块8的TH3(编码输入-数据)和TH1(HDB3输出)，观察信号中出现长连0时的波形变化情况。
思考：HDB3编码与AMI编码波形有什么差别？
答：含有长连0信号的HDB3的编码波形在连零时仍呈现正负交替现象，但AMI编码时信号电平长时间不跳变。
（2）观察HDB3编码信号中是否含有直流分量。将模块2的开关S1、S2、S3、S4拨为00000000 00000000 00000000 00000011，用示波器分别观测编码输入数据和编码输出数据，编码输入时钟和译码输出时钟，调节示波器，将信号耦合状况置为交流，观察记录波形。保持连线，拨码开关由0到1逐位拨起，直到模块2的拨动开关置为00111111 11111111 11111111 11111111，观察拨码过程中编码输入数据和编码输出数据波形的变化情况。
（这里我将整个过程录制了一个视频，在这里无法展现）
思考：HDB3码是否存在直流分量？
答：HDB3码中不存在直流分量。
（3）观察HDB3编码信号所含时钟频谱分量。将模块2的开关S1、S2、S3、S4全部置0，用示波器先分别观测编码输入数据和编码输出数据，再分别观测编码输入时钟和译码输出时钟，观察记录波形。再将模块2的开关S1、S2、S3、S4全部置1，观察记录波形。
（全部置0时，可能间距的调整的比较小，看起来是直线，或者因为仪器原因，看起来与理论情况不符合）
思考：数据和时钟是否能恢复？注：有数字示波器的可以观测编码输出信号FFT 频谱。在恢复时钟方面HDB3码与AMI码比较有哪一个更好？比较不同输入信号时两种码型的时钟恢复情况并联系其编码信号频谱分析原因。
答：数据和时钟能够恢复。HDB3码和AMI码比较，HDB3码的恢复情况更好。其原因是HDB3编码信号频谱所含能量比AMI编码信号频谱所含能量多。
实验二码型变换AMI/HDB3实验 一．实验目的 1．了解二进制单极性码变换为AMI/HDB3 码的编码规则； 2．熟悉AMI码与HDB3 码的基本特征； 3．熟悉HDB3 码的编译码器工作原理和实现方法； 4．根据测量和分析结果，画出电路关键部位的波形； 二．实验仪器 1．JH7001 通信原理综合实验系统一台 2．双踪示波器一台 3．函数信号发生器一台 三、实验任务与要求 1实验原理和电路说明 1．1．1 实验原理 AMI 码的全称是传号交替反转码。这是一种将消息代码0（空号）和1（传号）按如下规则进行编码的码：代码的0 仍变换为传输码的0，而把代码中的1 交替地变换为传输码的+1、–1、+1、–1…由于AMI 码的传号交替反转，故由它决定的基带信号将出现正负脉冲交替，而0 电位保持不变的规律。由此看出，这种基带信号无直流成分，且只有很小的低频成分，因而它特别适宜在不允许这些成分通过的信道中传输。 由AMI 码的编码规则看出，它已从一个二进制符号序列变成了一个三进制符号序列，即把一个二进制符号变换成一个三进制符号。把一个二进制符号变换成一个三进制符号所构成的码称为1B/1T 码型。。AMI 码对应的波形是占空比为0.5 的双极性归零码，即脉冲宽度τ与码元宽度（码元周期、码元间隔）TS 的关系是τ=0.5TS。 AMI 码除有上述特点外，还有编译码电路简单及便于观察误码情况等优点，它是一种基本的线路码，并得到广泛采用。但是，AMI 码有一个重要缺点，即接收端从该信号中来获取定时信息时，由于它可能出现长的连0 串，因而会造成提取定时信号的困难。为了保持AMI 码的优点而克服其缺点，人们提出了许多种类的改进AMI 码，HDB3 码就是其中有代表性的一种。 HDB3码的全称是三阶高密度双极性码。它的编码原理是这样的：先把消息代码变换成AMI码，然后去检查AMI 码的连0串情况，当没有4个以上连0串时，则这时的AMI码就是HDB3码；当出现4个以上连0串时，则将每4个连0小段的第4个0变换成与其前一非0符号（＋1 或–1）同极性的符号。显然，这样做可能破坏“极性交替反转”的规律。这个符号就称为破坏符号，用V 符号表示（即+1 记为+V, –１记为–V）。为使附加V符号后的序列不破坏“极性交替反转”造成的无直流特性，还必须保证相邻V符号也应极性交替。这一点，当相邻符号之间有奇数个非０符号时，则是能得到保证的；当有偶数个非0 符号时，则就得不到保证，这时再将该小段的第1个0 变换成+B 或–B符号的极性与前一非0 符号的相反，并让后面的非0符号从V 符号开始再交替变化。 虽然HDB3码的编码规则比较复杂，但译码却比较简单。从上述原理看出，每一个破坏
光纤通信基础知识 基本光纤通信系统 最基本的光纤通信系统由数据源、光发送端、光学信道和光接收机组成。其中数据源包括所有的信号源，它们是话音、图象、数据等业务经过信源编码所得到的信号；光发送机和调制器则负责将信号转变成适合于在光纤上传输的光信号，先后用过的光波窗口有0.85、1.31和1.55。光学信道包括最基本的光纤，还有中继放大器EDFA等；而光学接收机则接收光信号，并从中提取信息，然后转变成电信号，最后得到对应的话音、图象、数据等信息。下面是光通信系统图。 光通信系统图 数字光纤通信系统 光纤传输系统是数字通信的理想通道。与模拟通信相比较，数字通信有很多的优点，灵敏度高、传输质量好。因此，大容量长距离的光纤通信系统大多采用数字传输方式。 电发射端机 主要任务是PCM编码和信号的多路复用。 多路复用是指将多路信号组合在一条物理信道上进行传输，到接收端再用专门的设备将各路信号分离出来，多路复用可以极大地提高通信线路的利用率。 在光纤通信系统中，光纤中传输的是二进制光脉冲"0"码和"1"码，它由二进制数字信号对光源进行通断调制而产生。而数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生的，称为PCM（pulsecodemodulation），即脉冲编码调制。这种电的数字信号称为数字基带信号，由PCM电端机产生。
抽样是指从原始的时间和幅度连续的模拟信号中离散地抽取一部分样值，变换成时间和幅度都是离散的数字信号的过程。 抽样所得的信号幅度是无限多的，让这些幅度无限多的连续样值信号通过一个量化器，四舍五入，使这些幅度变为有限的M种（M为整数），这就是量化。由于在量化的过程中幅度取了整数，所以量化后的信号与抽样信号之间有一个差值（称为量化误差），使接收端的信号与原信号间有一定的误差，这种误差表现为接收噪声，称为量化噪声。码位数M越多，分级就越细，误差越小，量化噪声也越小。 编码是指按照一定的规则将抽样所得的M种信号用一组二进制或者其它进制的数来表示，每种信号都可以由N个2二进制数来表示，M和N满足M=2N。例如如果量化后的幅值有8种，则编码时每个幅值都需要用3个二进制的序列来表示。需要注意的是，此处的编码仅指信源编码，这和后面提到的信道编码是有所区别的。 现以话音为例来说明这个过程。我们知道话音的频率范围是300～3,400Hz，在抽样的时候，要遵循所谓的奈奎斯特抽样率，实际中按8,000Hz的速率进行抽样。为了保证通话的质量，在长途干线话路中采用的是8位码（28=256个码组）。这样量化值有256种，每一种量化值都需要用8位二进制码编码，那么每一个话路的话音信号速率为8×8＝64kbps。 奈奎斯特抽样定理：要从抽样信号中无失真地恢复原信号，抽样频率应大于2倍信号最高频率。 多路复用技术包括：频分多路复用（FDM）、时分多路复用（TDM）、波分多路复用（WDM）、码分多址（CDMA）和空分多址（SDMA）。 时分多路复用：当信道达到的数据传输率大于各路信号的数据传输率总和时，可以将使用信道的时间分成一个个的时间片（时隙），按一定规则将这些时间片分配给各路信号，每一路信号只能在自己的时间片内独占信道进行传输，所以信号之间不会互相干扰。 频分多路复用：当信道带宽大于各路信号的总带宽时，可以将信道分割成若干个子信道，每个子信道用来传输一路信号。或者说是将频率划分成不同的频率段，不同路的信号在不同的频段
实验二HDB3码型变换实验 一、实验目的 1、了解几种常用的数字基带信号的特征和作用。 2、掌握HDB3码的编译规则。 3、了解滤波法位同步在的码变换过程中的作用。 二、实验器材 1、主控&信号源、2号、8号、13号模块各一块 2、双踪示波器一台 3、连接线若干 三、实验原理 1、HDB3编译码实验原理框图
HDB3编译码实验原理框图 2、实验框图说明 我们知道AMI编码规则是遇到0输出0，遇到1则交替输出+1和-1。而HDB3编码由于需要插入破坏位B，因此，在编码时需要缓存3bit的数据。当没有连续4个连0时与AMI编码规则相同。当4个连0时最后一个0变为传号A，其极性与前一个A的极性相反。若该传号与前一个1的极性不同，则还要将这4个连0的第一个0变为B，B的极性与A相同。实验框图中编码过程是将信号源经程序处理后，得到HDB3-A1和HDB3-B1两路信号，再通过电平转换电路进行变换，从而得到HDB3编码波形。 同样AMI译码只需将所有的±1变为1，0变为0即可。而HDB3译码只需找到传号A，将传号和传号前3个数都清0即可。传号A的识别方法是：该符号的极性与前一极性相同，该符号即为传号。实验框图中译码过
程是将HDB3码信号送入到电平逆变换电路，再通过译码处理，得到原始码元。 四、实验步骤 实验项目一HDB3编译码（256KHz归零码实验） 概述：本项目通过选择不同的数字信源，分别观测编码输入及时钟，译码输出及时钟，观察编译码延时以及验证HDB3编译码规则。 1、关电，按表格所示进行连线。 2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【HDB3编译码】→【256K归零码实验】。将模块13的开关S3分频设置拨为0011，即提取512K同步时钟。 3、此时系统初始状态为：编码输入信号为256K的PN序列。 4、实验操作及波形观测。
实验十五码型变换实验 一、实验目的 1、了解几种常用的数字基带信号。 2、掌握常用数字基带传输码型的编码规则。 3、掌握常用CPLD实现码型变换的方法。 二、实验内容 1、观察NRZ码、RZ码、AMI码、HDB3码、CMI码、BPH码的波形。 2、观察全0码或全1码时各码型的波形。 3、观察HDB3码、AMI码的正负极性波形。 4、观察RZ码、AMI码、HDB3码、CMI码、BPH码经过码型反变换后的输出波形。 5、自行设计码型变换电路，下载并观察波形。 三、实验器材 1、信号源模块一块 2、⑥号模块一块 3、⑦号模块一块 4、20M双踪示波器一台 5、连接线若干 四、实验原理 （一）基本原理 在数字通信中，有些场合可以不经过载波调制和解调过程而让基带信号直接进行传输。例如，在市区内利用电传机直接进行电报通信，或者利用中继方式在长距离上直接传输PCM 信号等。这种不使用载波调制装置而直接传送基带信号的系统，我们称它为基带传输系统，它的基本结构如图15-1所示。 信道信号形成器信道接收 滤波器 抽样 判决器 基带脉冲 输出 基带脉冲 输入 干扰 图15-1 基带传输系统的基本结构 该结构由信道信号形成器、信道、接收滤波器以及抽样判决器组成。这里信道信号形成
器用来产生适合于信道传输的基带信号，信道可以是允许基带信号通过的媒质（例如能够通过从直流至高频的有线线路等）；接收滤波器用来接收信号和尽可能排除信道噪声和其他干扰；抽样判决器则是在噪声背景下用来判定与再生基带信号。 若一个变换器把数字基带信号变换成适合于基带信号传输的基带信号，则称此变换器为数字基带调制器；相反，把信道基带信号变换成原始数字基带信号的变换器，称之为基带解调器。 基带信号是代码的一种电表示形式。在实际的基带传输系统中，并不是所有的基带电波形都能在信道中传输。例如，含有丰富直流和低频成分的基带信号就不适宜在信道中传输，因为它有可能造成信号严重畸变。单极性基带波形就是一个典型例子。再例如，一般基带传输系统都从接收到的基带信号流中提取定时信号，而收定时信号又依赖于代码的码型，如果代码出现长时间的连“0”符号，则基带信号可能会长时间出现0电位，而使收定时恢复系统难以保证收定时信号的准确性。归纳起来，对传输用的基带信号的主要要求有两点：（1）对各种代码的要求，期望将原始信息符号编制成适合于传输用的码型；（2）对所选码型的电波形要求，期望电波形适宜于在信道中传输。 （二）编码规则 1、 NRZ 码 NRZ 码的全称是单极性不归零码，在这种二元码中用高电平和低电平（这里为零电平）分别表示二进制信息“1”和“0”，在整个码元期间电平保持不变。例如： ＋E 0 1 0 1 0 0 1 1 0 2、 RZ 码 RZ 码的全称是单极性归零码，与NRZ 码不同的是，发送“1”时在整个码元期间高电平只持续一段时间，在码元的其余时间内则返回到零电平。例如： 1 0 1 0 0 1 1 0 ＋E 0 3、 AMI 码 AMI 码的全称是传号交替反转码。这是一种将信息代码0(空号)和1(传号)按如下方式进行编码的码：代码的0仍变换为传输码的0,而把代码中的1交替地变换为传输码的+1，-1，
一、光纤通信的基本知识 （一）光纤通信的概念 1870年的一天，英国物理学家丁达尔到皇家学会的演讲厅讲光的全反射原理，他做了一个简单的实验：在装满水的木桶上钻个孔，然后用灯从桶上边把水照亮。结果使观众们大吃一惊。人们看到，放光的水从水桶的小孔里流了出来，水流弯曲，光线也跟着弯曲，光居然被弯弯曲曲的水俘获了。 这些现象引起了丁达尔的注意，经过他的研究，发现这是由于全反射的作用，由于水等介质密度由于比周围的物质（如空气）大，即光从水中射向空气，当入射角大于某一角度时，折射光线消失，全部光线都反射回水中。表面上看，光好像在水流中弯曲前进。 后来人们造出一种透明度很高、粗细像蜘蛛丝一样的玻璃丝──玻璃纤维，当光线以合适的角度射入玻璃纤维时，光就沿着弯弯曲曲的玻璃纤维前进。由于这种纤维能够用来传输光线，所以称它为光导纤维。（视频） 光纤通信的原理是：在发送端首先要把传送的信息(如话音)变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度(频率)变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。（视频） （二）光纤通信的发展
光纤通信是现代通信网的主要传输手段，它的发展历史只有一二十年，已经历三代：短波长多模光纤、长波长多模光纤和长波长单模光纤。采用光纤通信是通信史上的重大变革，美、日、英、法等20多个国家已宣布不再建设电缆通信线路，而致力于发展光纤通信。中国光纤通信已进入实用阶段。 （三）光纤通信的优缺点 1、光纤通信的优点 现代通信网的三大支柱是光纤通信、卫星通信和无线电通信，而其中光纤通信是主体，这是因为光纤通信本身具有许多突出的优点： ①频带宽，通信容量大。光纤可利用的带宽约为50000GHz，1987年投入使用的1.7Gb/s光纤通信系统，一对光纤能同时传输24192路电话，2.4Gb/s系统，能同时传输30000多路电话。频带宽，对于传输各种宽频带信息具有十分重要的意义，否则，无法满足未来宽带综合业务数字网(B-ISDN)发展的需要。 ②损耗低，中继距离长。目前实用石英光纤的损耗可低于0.2dB/km，比其它任何传输介质的损耗都低，若将来采用非石英系极低损耗光纤，其理论分析损耗可下降至10-9dB/km。由于光纤的损耗低，所以能实现中继距离长，由石英光纤组成的光纤通信系统最大中继距离可达200多
数据通信基本知识 -------------------------------------------------------------------------- 所有计算机之间之间通过计算机网络的通信都涉及由传输介质传输某种形式的数据编码信号。传输介质在计算机、计算机网络设备间起互连和通信作用，为数据信号提供从一个节点传送到另一个节点的物理通路。计算机与计算机网络中采用的传输介质可分为有线和无线传输介质两大类。 一、有线传输介质(Wired Transmission Media) 有线传输介质在数据传输中只作为传输介质，而非信号载体。计算机网络中流行使用的有线传输介质(Wired Transmission Media)为：铜线和玻璃纤维。 1. 铜线 铜线(Copper Wire)由于具有较低的电阻率、价廉和容易安装等优点因而成为最早用于计算机网络中的传输介质，它以介质中传输的电流作为数据信号的载体。为了尽可能减小铜线所传输信号之间的相互干涉(Interference)，我们使用两种基本的铜线类型：双绞线和同轴电缆。 (1)双绞线 双绞线(Twisted Pair)是把两条互相绝缘的铜导线纽绞起来组成一条通信线路，它既可减小流过电流所辐射的能量，也可防止来自其他通信线路上信号的干涉。双绞线分屏蔽和无屏蔽两种，其形状结构如图1.1所示。双绞线的线路损耗较大，传输速率低，但价格便宜，容易安装，常用于对通信速率要求不高的网络连接中。 (2)同轴电缆 同轴电缆(Coaxial Cable)由一对同轴导线组成。同轴电缆频带宽，损耗小，具有比双绞线更强的抗干扰能力和更好的传输性能。按特性阻抗值不同，同轴电缆可分为基带(用于传输单路信号)和宽带(用于同时传输多路信号)两种。同轴电缆是目前LAN局域网与有线电视网中普遍采用的比较理想的传输介质。 2.玻璃纤维 目前，在计算机网络中十分流行使用易弯曲的石英玻璃纤维来作为传输介质，它以介质中传输的光波(光脉冲信号)作为信息载体，因此我们又将之称为光导纤维，简称光纤(Optical Fiber)或光缆(Optical Cable)。 光缆由能传导光波的石英玻璃纤维(纤芯)，外加包层（硅橡胶）和保护层构成。在光缆一头的发射器使用LED光发射二极管(Light Emitting Diode)或激光(Laser)来发射光脉冲，在光缆另一头的接收器使用光敏半导体管探测光脉冲。 模拟数据通信与数字数据通信 一、通信信道与信道容量(Communication Channel & Channel Capacity) 通信信道(Communication Channel)是数据传输的通路，在计算机网络中信道分为物理信道和逻辑信道。物理信道指用于传输数据信号的物理通路，它由传输介质与有关通信设备组成；逻辑信道指在物理信道的基础上，发送与接收数据信号的双方通过中间结点所实现的逻?quot;联系"，由此为传输数据信号形成的逻辑通路。逻辑信道可以是有连接的，也可以是无连接的。物理信道还可根据传输介质的不同而分为有线信道和
实验三码型变换实验 一、实验目的 1．了解几种常见的数字基带信号。 2．掌握常用数字基带传输码型的编码规则。 3．掌握用FPGA实现码型变换的方法。 二、实验内容 1．观察NRZ、RZ码、BRZ码、BNRZ码、AMI码、CMI码、HDB3码、BPH码的波形。2．观察全0码或全1码时各码型波形。 3．观察HDB3码、AMI码、BNRZ码正、负极性波形。 4．观察NRZ码、RZ码、BRZ码、BNRZ码、AMI码、CMI码、HDB3码、BPH码经过码型反变换后的输出波形。 5．自行设计码型变换电路，下载并观察输出波形。 三、实验器材 1．信号源模块 2．码型变换模块 3．20M双踪示波器一台 4．频率计（可选）一台 5．PC机（可选）一台 6．连接线若干 四、实验原理 1．编码规则 ①NRZ码(见教材) ②RZ码(见教材) ③BNRZ码－双极性不归零码 1 0 1 0 0 1 1 0 ＋E -E ④BRZ码－双极性归零码 1 0 1 0 0 1 1 0 ＋E -E ⑤AMI码(见教材) ⑥HDB3码(见教材) ⑦BPH码
BPH码的全称是数字双相码（Digital Diphase），又叫分相码(Biphase，Split-phase)或曼彻斯特码（Manchester），其编码规则之一是： 0 01（零相位的一个周期的方波）； 110（π相位的一个周期的方波）。例如： 代码： 1 1 0 0 1 0 1 双相码： 10 10 01 01 10 01 10 这种码既能提取足够的定时分量，又无直流漂移，编码过程简单。但带宽要宽些。⑧CMI码 CMI码的全称是传号反转码，其编码规则如下：信息码中的“1”码交替用“11”和“00”表示，“0”码用“01”表示。例如： 代码： 1 1 0 1 0 0 1 0 CMI码： 11 00 01 11 01 01 00 01 这种码型有较多的电平跃变，因此，含有丰富的定时信息。该码已被ITU-T推荐为PCM四次群的接口码型。在光纤传输系统中有时也用CMI码作线路传输码型。 2．电路原理 将信号源产生的NRZ码和位同步信号BS送入U900（EPM7128SLC84-15）进行变换，可以直接得到各种单极性码和各种双极性码的正、负极性编码信号。解码时同样也需要送入FPGA进行解码，得到NRZ码。 ①NRZ码 从信号源“NRZ”点输出的数字码型即为NRZ码，请参考信号源工作原理。 ②BRZ、BNRZ码 将NRZ码和位同步信号BS分别送入双四路模拟开关U902（4052）的控制端作为控制信号，在同一时刻，NRZ码和BS信号电平高低的不同组合（00、01、10、11）将控制U902分别接通不同的通道，输出BRZ码和BNRZ码。X通道的4个输入端X0、X1、X2、X3分别接－5V、GND、＋5V、GND，在控制信号控制下输出BRZ码；Y通道的4个输入端Y0、Y1、Y2、Y3分别接－5V、－5V、＋5V、＋5V，在控制信号控制下输出BNRZ 码。解码时通过电压比较器U907（LM339）将双极性的BRZ和BNRZ码转换为两路单极性码，即双—单（极性）变换，再送入U900进行解码，恢复出原始的NRZ码。 ③RZ、BPH码 同BRZ、BNRZ，因是单极性码，其编解码过程全在U900中完成，在这里不再赘述。 ④AMI码 由于AMI码是双极性的码型，所以它的变换过程分成了两个部分。首先，在U900中，将NRZ码经过一个时钟为BS的JK触发器后，再与NRZ信号相与后得到控制信号AMIB，该信号与NRZ码作为控制信号送入单八路模拟开关U905（4051）的控制端，U905的输出即为AMI码。解码过程与BNRZ码一样，也需先经过双—单变换，再送入U900进行解码。 ⑤HDB3码 HDB3码的编、解码框图分别如图3-1、3-2所示，其编、解码过程与AMI码相同，这里不再赘述。
数据通信的基础知识概述
入设备通信。其本地管理接口（LMI）可大大简化帧中继网的配置和管理。 ⑤局域网（LAN）与广域网（WAN）的高速连接。 ⑥LAN与LAN的互联。 ⑦远程计算机辅助设计/制造文件的传送、图像查询以及图像监视、会议电视等 2．无线数据通信的应用 无线数据通信也称为移动数据通信。它的业务范围很广，也有广泛的应 前景。 （1）移动数据通信在业务上的应用。移动数据通信的业务，通常分为基本数据业务和专用数据业务两种：基本数据业务的应用有电子信箱、传真、信息广播、局域网（LAN）接入等。?专用业务的应用有个人移动数据通信、计算机辅助调度、车、船、舰队管理、ＧPS汽车卫星定位、远程数据接入等。 （2）移动数据通信在工业及其它领域的应用。 移动数据通信在这些领域的应用可分为固定式应用、移动式应用和个人应用三种类型。 ①固定式应用是指通过无线接入公用数据网的固定式应用系统及网 络。如边远山区的计算机入网、交警部门的交通监测与控制、收费停车场、加油站以及灾害的遥测和告警系统等。 ②移动式应用是指野外勘探、施工、设计部门及交通运输部门的运输 车、船队和快递公司为发布指示或记录实时事件，通过无线数据网络实现业务调度、远程数据访问、报告输入、通知联络、数据收集等均需采用移动式数据终端。移动数据终端在公安部门的刑警、巡警、交警也开始应用。 ③个人应用是指专业性很强的业务技术人员、公安外线侦察破案人员 等需要在外办公时，通过无线数据终端进行远程打印、传真、访问主机、数据库查询、查证。股票交易商也可以通过无线数据终端随时随地跟踪查询股票信息，即使度假也可以从远程参加股票交易。
姓名：学号：班级： 第周星期第大节 实验名称：CMI码型变换 一、实验目的 1.掌握CMI编码规则。 2.掌握CMI编码和解码原理。 3.了解CMI同步原理和检错原理。 二、实验仪器 1.ZH5001A通信原理综合实验系统 2.20MHz双踪示波器 三、实验内容 1.CMI码编码规则测试 (1)7位m序列输入，无加错，CMI输出。用示波器观测如下数据： 2.“1”码状态记忆测试 (2)7位m序列输入。用示波器观测如下数据： ?CMI编码输入数据（TPX01），1码状态记忆输出（TPX03）
3.CMI码编解码波形测试 用示波器观测如下数据： 4.CMI码编码加错波形观测 用示波器观测4个加错点加错时和不加错时的输出波形
加错无错 加错无错 加错无错
5.CMI码检错功能测试 (1)输入数据为Dt，人为加入错码。用示波器观测如下波形 (2)输入数据为M，人为加入错码。用示波器观测如下波形 ?加错指示点（TPX06），检测错码检测点（TPY05）
有些加错点对应的检错点都没有影响，说明输入M序列有些加错点没有 6.CMI译码同步观测 (1)输入Dt，不经过CMI编码。错码。用示波器观测如下波形 (2)输入Dt，经过CMI编码。错码。用示波器观测如下波形 ?检测错码检测点（TPY05）
经过CMI编码后处在同步状态，因为周期的输入加错，所以示波器中出 7.抗连0码性能测试 (1)输入全0。用示波器观测如下波形 (2)看输入数据和输出数据是否相同。用示波器观测如下波形 ?CMI编码输入数据（TPX01），输出编码数据（TPY07）
通信常识：波特率、数据传输速率与带宽的相互关系 【带宽W】带宽，又叫频宽，是数据的传输能力，指单位时间内能够传输的比特数。高带宽意味着高能力。数字设备中带宽用（）表示，即每秒最高可以传输的位数。模拟设备中带宽用表示，即每秒传送的信号周期数。通常描述带宽时省略单位，如10M实质是10M。带宽计算公式为：带宽=时钟频率*总线位数/8 。电子学上的带宽则指电路可以保持稳定工作的频率范围。 【数据传输速率】数据传输速率，又称比特率，指每秒钟实际传输的比特数，是信息传输速率（传信率）的度量。单位为“比特每秒（）”。其计算公式为1 。T 为传输1 比特数据所花的时间。 【波特率】 波特率，又称调制速率、传符号率（符号又称单位码元），指单位时间内载波参数变化的次数，可以以波形每秒的振荡数来衡量，是信号传输速率的度量。单位为“波特每秒（）”，不同的调制方法可以在一个码元上负载多个比特信息，所以它与比特率是不同的概念。 【码元速率和信息速率的关系】 码元速率和信息速率的关系式为：*2 N。其中，N为进制 数。对于二进制的信号，码元速率和信息速率在数值上是相等的。
【奈奎斯特定律】奈奎斯特定律描述了无噪声信道的极限速率与信道带宽的关系。 1924 年，奈奎斯特（）推导出理想低通信道下的最高码元传 输速率公式：理想低通信道下的最高=2W。其中，W为理想低 通信道的带宽，单位是赫兹（），即每赫兹带宽的理想低通信道的最高码元传输速率是每秒2 个码元。对于理想带通信道的最高码元传输速率则是：理想带通信道的最高W ，即每赫兹带宽的理想带通信道的最高码元传输速率是每秒 1 个码元。 符号率与信道带宽的确切关系为： （1+ a ）。 其中，1/1+ a为频道利用率，a为低通滤波器的滚降系数， a取值为0时，频带利用率最高，但此时因波形“拖尾”而易造成码间干扰。它的取值一般不小于0.15，以调解频带利用率和波形“拖尾”之间的矛盾。 奈奎斯特定律描述的是无噪声信道的最大数据传输速率（或 码元速率）与信道带宽之间的关系。 【香农定理】香农定理是在研究信号经过一段距离后如何衰减以及一个给
实验一AMI码型变换实验 一、实验目的 1、了解几种常用的数字基带信号的特征和作用。 2、掌握AMI码的编译规则。 3、了解滤波法位同步在的码变换过程中的作用。 二、实验器材 1、主控&信号源、2号、8号、13号模块各一块 2、双踪示波器一台 3、连接线若干 三、实验原理 1、AMI编译码实验原理框图 AMI编译码实验原理框图 2、实验框图说明
AMI编码规则是遇到0输出0，遇到1则交替输出+1和-1。实验框图中编码过程是将信号源经程序处理后，得到AMI-A1和AMI-B1两路信号，再通过电平转换电路进行变换，从而得到AMI编码波形。 AMI译码只需将所有的±1变为1，0变为0即可。实验框图中译码过程是将AMI码信号送入到电平逆变换电路，再通过译码处理，得到原始码元。 四、实验步骤 实验项目一AMI编译码（256KHz归零码实验） 概述：本项目通过选择不同的数字信源，分别观测编码输入及时钟，译码输出及时钟，观察编译码延时以及验证AMI编译码规则。 1、关电，按表格所示进行连线。 2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【AMI编译码】→【256K 归零码实验】。将模块13的开关S3分频设置拨为0011，即提取512K同步时钟。 3、此时系统初始状态为：编码输入信号为256K的PN序列。 （1）用示波器分别观测编码输入的数据TH3和编码输出的数据TH11(AMI输出)，观察记录波形，有数字示波器的可以观测编码输出信号频谱，验证AMI编码规则。
注：观察时注意码元的对应位置。 （2）用示波器对比观测编码输入的数据和译码输出的数据，观察记录AMI译码波形与输入信号波形。 思考：译码过后的信号波形与输入信号波形相比延时多少？ 编译码延时小于3个码元宽度 实验项目二AMI编译码（256KHz非归零码实验）
第1章概述 1、光纤通信的基本概念：利用光导纤维传输光波信号的通信方式。 光纤通信工作波长在于近红外区：0.8～1.8μm的波长区，对应频率: 167～375THz。 对于SiO2光纤，在上述波长区内的三个低损耗窗口，是目前光纤通信的实用工作波长，即0.85μm、1.31μm及1.55μm。 2、光纤通信系统的基本组成：（P2图1-3） 目前采用比较多的系统形式是强度调制/直接检波（IM/DD）的光纤数字通信系统。该系统主要由光发射机、光纤、光接收机以及长途干线上必须设置的光中继器组成。 1）在点对点的光纤通信系统中，信号的传输过程：由电发射机输出的脉码调制信号送入光接收机，光接收机将电信号转换成光信号耦合进光纤，光接收机将光纤送过来的光信号转换成电信号，然后经过对电信号的处理以后，使其恢复为原来的脉码调制信号送入电接收机，最后由信息宿恢复用户信息。 2）光发射机中的重要器件是能够完成电-光转换的半导体光源，目前主要采用半导体发光二极管(LED)和半导体激光二极管（LD)。 3）光接收机中的重要部件是能够完成光-电转换的光电检测器，目前主要采用光电二极管（PIN）和雪崩光电二极管（APD）。特性参数：灵敏度 4）一般地，大容量、长距离光纤传输: 单模光纤+半导体激光器LD 小容量、短距离光纤传输: 多模光纤+半导体发光二极管LED 5）光纤线路系统： 功能：把来自光发射机的光信号，以尽可能小的畸变和衰减传输到光接收机。组成：光纤、光纤接头和光纤连接器 要求：较小的损耗和色散参数 3、光纤通信的特点： 优点：（1），传输频带宽，通信容量大。（2）传输损耗小，中继距离长：石英光纤损耗低达0.19 dB/km，用光纤比用同轴电缆或波导管的中继距离长得多。（3）保密性能好：光波仅在光纤芯区传输，基本无泄露。 （4）抗电磁干扰能力强：光纤由电绝缘的石英材料制成，不受电磁场干扰。（5）体积小、重量轻。（6）原材料来源丰富、价格低廉。 缺点：1）不能远距离传输；2）传输过程易发生色散。 4、（1）光纤通信在通信网中的未来发展趋势：GFP、ASON、全光网 （?波分复用技术（WDM）?相干光通信?超长波长光纤通信?光集成技术息 源 电 发 射 机 光 发 射 机 光 接 收 机 电 接 收 机 信 息 宿 光纤线路 接 收发 射 电信号 输入 光信号 输出 光信号 输入 电信号 输出
1 ?光纤通信概论 L1光纤通信概论 光纤通信：以光作为信息载体，利用光纤传输携带信息的光波，以达到通信 之目 的。 数字光纤通信系统的基本组成：光发送机、光接收机、光纤。 典型的数字光纤通信系统方框图： 数字光纤通信系统 发送端的电端机把信息（如话音）进行模/数转换，用转换后的数字信号去调 制发送机中的光源器件LD,输出发出携带信息的光波。光波经光纤传输后到达 接收端，光接收机把数字信号从光波中检测出来送给电端机，而电端机再进行数 /模转换，恢复成原来的信息。 携带信息的光波：数字信号为T”时，光源器件发送一个”传号”光脉冲；当数 字信号为”0”时，光源器件发送一个”空号”（不发光）。 1.2光纤通信优点 1） 、通信容量大 一根光纤同时传输24万个话路，比传统的明线、同轴电缆、微波等要高出 几十乃至上千倍。波分复用技术的采用，把一根光纤当作几根、几十根光纤使用, 通信容量近乎无限。 2） 、中继距离长 光纤具有极低的衰耗系数，目前商用化石英光纤已达0.19dB/km 以下，配 以适当的光发送与光接收设备，中继距离达数百公里以上，特别适用于长途一、 二级干线通信。 光纤通信基础 电端机 （A/D ） 匚n 中继器 电端机 （D/A ） 模拟信号 模拟倍号 光发送机 匚^光接收机
3）、保密性能好。 4）、抗干扰能力强 光波在光纤中传输时只在其芯区进行，不存在传统的电磁波辐射，因此其保密性能极好，同时也不怕外界强电磁场的干扰，抗干扰能力强。 5）、便于施工和维护 体积小、重量轻。光缆的敷设方式方便灵活，既可以直埋、管道敷设，又可以水底和架空。 2光纤与光缆 2」光纤的构造 光纤呈圆柱形是由单根玻璃纤维、紧靠纤心的包层、一次涂履层以及套塑保护层组成。 2.2光纤的导光原理 光是一种频率很高的电磁波，而光纤本身是一种介质波导。 我们从几何光学的角度来简单讨论光纤的导光原理 全反射原理： 光线在均匀介质中是以肓线传播的，但在两种不同介质的分界面会产生反射和折射现象，如图所示:
内蒙古工业大学信息工程学院实验报告 课程名称：通信原理 实验名称：码型变换 实验类型：验证性■综合性□设计性□ 实验室名称：通信实验室 班级：电子10-1班学号：201080203002 姓名：王红霞组别： 同组人：成绩： 实验日期： 2013年6月4日
通信原理课程实验 实验一码型变换 一、实验目的 1、了解几种常见的数字基带信号。 2、掌握常用数字基带传输码型的编码规则。 二、实验内容 1．观察NRZ码、RZ码、BRZ码、BNRZ码、AMI码、CMI码、HDB3码、BPH码的波形。 2．观察全0码或全1码时各码型波形。 1．观察HDB3码、AMI码、BNRZ码正、负极性波形。 2．观察NRZ码、RZ码、BRZ码、BNRZ码、AMI码、CMI码、HDB3码、BPH码经过码型反变换后的输出波形。 二、实验过程 a)将信号源模块、码型变换模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。插上电 源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别桉下两个模块中的开关POWER1、 POWER2，对应的发光二极管LED001、LED002、D900、D901发光，按一下信号 源模块的复位键，两个模块均开始工作。 b)将信号源模块的拨码开关SW101、SW102设置为00000101 00000000，SW103、 SW104、SW105设置为01110010 00110000 00101010。此时分频比千位、十位、个 位均为0，百位为5，因此分频比为500，此时位同步信号频率应为4KHz。观察 BS、FS、2BS、NRZ各点波形。 实验数据： BS 2BS （注：2BS与BS的频率不一样，为2倍同步频率方波信号，此2图的频率不同，如果两次用同一频率就会形成鲜明的对比了，需要改进）
实验1 基带信号的常用码型变换实验 一、实验目的 1．熟悉RZ 、BNRZ 、BRZ 、CMI 、曼彻斯特、密勒码型变换原理及工作过程； 2．观察数字基带信号的码型变换测量点波形； 二、实验仪器 1．AMI/HDB3编译码模块，位号：F （实物图片如下） 2．时钟与基带数据发生模块，位号：G 3．20M 双踪示波器1台 4．信号连接线3根 三、实验工作原理 （一）基带信号及其常用码型变换 在实际的基带传输系统中，传输码的结构应具有下列主要特性： 1) 相应的基带信号无直流分量，且低频分量少； 2) 便于从信号中提取定时信息； 3) 信号中高频分量尽量少，以节省传输频带并减少码间串扰； 4) 不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化； 5) 编译码设备要尽可能简单。 1.1 单极性不归零码（NRZ 码） 单极性不归零码中，二进制代码“1”用幅度为E 的正电平表示，“0”用零电平表示，单极性码中含有直流成分，而且不能直接提取同步信号。 0000 E +1111 图1-1 单极性不归零码 1.2 双极性不归零码（BNRZ 码） 二进制代码“1”、“0”分别用幅度相等的正负电平表示，当二进制代码“1”和“0”等概出现时无直流分量。 10111000 E +E -0 图 1-2 双极性不归零码
1.3 单极性归零码（RZ 码） 单极性归零码与单极性不归零码的区别是码元宽度小于码元间隔，每个码元脉冲在下一个码元到来之前回到零电平。单极性码可以直接提取定时信息，仍然含有直流成分。 0000 1111E +0 图 1-3 单极性归零码 1.4 双极性归零码（BRZ 码） 它是双极性码的归零形式，每个码元脉冲在下一个码元到来之前回到零电平。 0000 1111E +0 E - 图 1-4 双极性归零 1.5 曼彻斯特码 曼彻斯特码又称为数字双相码，它用一个周期的正负对称方波表示“0”，而用其反相波形表示“1”。编码规则之一是：“0”码用“01”两位码表示，“1”码用“10”两位码表示。 例如： 消息代码： 1 1 0 0 1 0 1 1 0… 曼彻斯特码：10 10 01 01 10 01 10 10 01… 曼彻斯特码只有极性相反的两个电平，因为曼彻斯特码在每个码元中期的中心点都存在电平跳变，所以含有位定时信息，又因为正、负电平各一半，所以无直流分量。 0000 1111E +E -0 图 1-5 曼彻斯特编码 1.6 CMI 码 CMI 码是传号反转码的简称，与曼彻斯特码类似，也是一种双极性二电平码，其编码规则： “1”码交替的用“11“和”“00”两位码表示； “0”码固定的用“01”两位码表示。 例如： 消息代码：1 0 1 0 0 1 1 0… CMI 码： 11 01 00 01 01 11 00 01… 或： 00 01 11 01 01 00 11 01…
路由器及RIP协议 一、路由器基本原理及功能 路由器是连接不同网络的设备，实现在不同网络中转发数据单元。 1.路由表中包含了下列关键项： 目的地址（Destination）：用来标识IP包的目的地址或目的网络。 网络掩码（Mask）：与目的地址一起来标识目的主机或路由器所在的网段的地址。将目的地址和网络掩码“逻辑与”后可得到目的主机或路由器所在网段的地址 输出接口（Interface）：说明IP包将从该路由器哪个接口转发。 下一跳IP地址（Nexthop）：说明IP包所经由的下一个路由器的接口地址。路由优先级(Priority):也叫距离管理，决定了来自不同路由来源的路由信息的优先权 2.路由信息的来源(Protocol/Owner) 在路由表中有一个Protocol字段：指明了路由的来源，即路由是如何生成的。路由的来源主要有3 种： 链路层协议发现的路由（Direct）：开销小，配置简单，无需人工维护，只能发现本接口所属网段拓扑的路由。链路层一定要ＵＰ 手工配置的静态路由（Static）：静态路由是一种特殊的路由，它由管理员手工配置而成。通过静态路由的配置可建立一个互通的网络。静态路由无开销，配置简单，适合简单拓扑结构的网络。 动态路由协议发现的路由（RIP、OSPF等）：当网络拓扑结构十分复杂时，手工配置静态路由工作量大而且容易出现错误，这时就可用动态路由协议，让其自动发现和修改路由，无需人工维护，但动态路由协议开销大，配置复杂。 3.路由的花费（metric） 标识出了到达这条路由所指的目的地址的代价，通常路由的花费值会受到线路延迟、带宽、线路占有率、线路可信度、跳数、最大传输单元等因素的影响，不同的动态路由协议会选择其中的一种或几种因素来计算花费值（如RIP用跳数来计算花费值）。该花费值只在同一种路由协议内有比较意义，不同的路由协议之间的路由花费值没有可比性，也不存在换算关系。静态路由的花费值为0。 二、路由匹配原则 1.最长匹配原则－使用路由表中达到同一目的地的子网掩码最长的路由。 2.Cost/metric值越小的路由越优先？ 不同的路由协议发现的路由Cost没有比较意义 3.在Router A上被优选的路由，Router B上也一定优选？ 路由选优完全是“单机行为” 三、路由协议原理 1.静态路由 在组网结构比较简单的网络中，只需配置静态路由就可以使路由器正常工作。接口静态路由优先级是0，这意味着它是直接连接网络的路由。
※二知识点小结 1、光纤由那几层构成,各层的主要作用是什么？ 光纤是由中心的纤芯和外围的包层同轴组成的圆柱形细丝..纤芯的折射率比包层稍高,损耗比包层更低,光能量主要在纤芯内传输.包层为光的传输提供反射面和光隔离,并起一定的机械保护作用. 2、光纤是怎样分类的？ 按折射率—突变型多模光纤、渐变性多模光纤、单模光纤；按材料—石英系光纤、石英芯塑料包层光纤、多成分玻璃纤维、塑料光纤 3、什么叫光纤损耗？造成光纤损耗的原因是什么？硅光纤的光谱衰减曲线表明存在三个低损耗窗口，这三个窗口分别是多少。 传输过程中光信号幅度的减小。原因：吸收、散射、弯曲损耗，吸收损耗是由于SiO2材料引起的固有吸收和杂质引起的吸收产生的，散射损耗主要是由材料微观度不均匀引起的锐利散射和光线结构缺陷引起散射产生的。0.85um 、1.31um 、1.55um 附近时光纤传输损耗较小或最小的波长“窗口”相应损耗为2—3dB/km,0.5dB/km,0,2dB/km 。 4、什么是色散？色散对光信号有什么影响？单模光纤中有哪几种色散？多模光纤中有哪几种色散？单模光纤的零色散波长在什么位置？色散位移光纤是采用什么原理制成的？ 色散：（模式、材料、波导色散）在光纤中传输的光信号，由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应。影响：模拟调制中限制带宽，若是数字脉冲信号将使脉冲展宽，限制系统传输速率。单模:色度色散、偏振模色散。多模：模内、模间色散。1.31um 。 5、目前光纤通信为什么采用以下三个作波长：λ0=0.85μm,λ2=1.31μm,λ3=1.55μm ？ 这是光纤的三个低损耗窗口 6、光纤通信为什么向长波长、单模光纤方向发展？ 长波长、单模光纤比短波、多模光纤具有更好的传输特性。一：单模光纤没有色散模式，不同成分光经过单模光纤的传播时间不同的程度显著限于经过多模光纤的传输时间；二：由光纤损耗和波长的关系曲线可知，随着波长增大，损耗呈下降趋势，且在1.55um 处有最低值，而且1.31um 和1.55um 处的色散很小，故目前长距离光纤通信一般都工作在1.55um 处。 7、光能量在光纤中传输的必要条件. 纤芯折射率大于包层折射率。 8、突变多模光纤数值孔径的概念及计算. 突变型多模光纤相对折射率差（纤芯和包层折射率分别为n1和n2）定义：n=(n1-n2)/n1 数值孔径221 2 1 sin 2C NA n n n θ==-≈?, 时间延迟11111 sec (1)2 n l n L n L c c c θτθ==≈+,最大入射角(θ=θc)和最小入射角(θ=0)的光线之间时间延迟差近似为22111()22c n L L L NA n c n c c τθ?==≈? 9、弱导波光纤的概念. 纤芯折射率为n1保持不变，到包层突然变为n2。这种光纤一般纤芯直径2a=50~80 μm ，光线以折线形状沿纤芯中心轴线方向传播，特点是信号畸变大。带宽只有10~20 MHz ·km ，一般用于小容量（8 Mb/s 以下）短距离（几km 以内）系统。 12、渐变型多模光纤自聚焦效应的产生机理. 自聚焦效应：不同入射角相应的光线,虽然经历的路程不同,但是最终都会聚在P 点上,这种现象称为自聚焦效应. 14、突变光纤和平方律渐变光纤传输模数量的计算.传输模数2222 1()() 222g g V M a k n g g =?=++ 对于突变型光纤,g →∞,M=V 2/2；对于平方律渐变型光纤,g=2,M=V 2/4 15、单模传输条件为22122 2.405 a V n n πλ =-≤ 截止波长 221222.405 c a n n πλ≥-, 归一化频率 2212 2a V n n πλ =- 16、归一化双折射B:()x y ββββββ -?== , 拍长：两正交偏振模的相位差达到2π的光纤 长度2/b L πβ=?. 17、三种色散的定义. 色散是在光纤中传输的光信号由于不同成分的光的时间延迟不同而产生的一种物理效应.色散的种类：1模式色散：是由于不同模式的时间延迟不同而产生的,它取决于光纤的折射率分布,并和光纤材料折射率的波长特性有关.2材料色散：是由于光纤的折射率随波长而改变,以及模式内部不同波长成分的光(实际光源不是纯单色光),其时间延迟不同而产生的.这种色散取决于光纤材料折射率的波长特性和光源的谱线宽度.3波导色散：是由于波导结构参数与波长有关而产生的,它取决于波导尺寸和纤芯与包层的相对折射率差 18、光纤色散的表示,时域和频域的表达式的关系. 频域：色散限制了传输信号的带宽；色散通常用3dB 光带宽 =>f3db 时域：色散引起脉冲展宽.脉冲展宽Δτ表示 二者的关系通过推导可得： =441/Δτ （MHZ ） 式中：Δτ为信号通过光纤产生的脉冲展宽,单位为ns ；用脉冲展宽表示时,光纤色散可以写成Δτ=(Δτ2n+Δτ2m+Δτ2w)1/2.Δτn 模式色散；Δτm 材料色散；Δτw 波导色散,所引起的脉冲展宽的均方根值. 19、光纤损耗产生的机理. 1)吸收损耗(a)本征吸收（固有吸收）： 电子跃迁吸收（紫外吸收）分子共振吸收（红外吸收）(b)杂质吸收 (2)散射损耗：由于光纤中介质的不均匀性而使光向各个方向散射开而引起的损耗.（a ）线性散射：瑞利散射,波导散射(b)非线性散射：受激拉曼散射和受激布里渊散射 (3)弯曲损耗：由光纤结构缺陷(如气泡)引起的散射 20、非零色散光纤. 光纤在1.55μm 有微量色散 21、光缆缆芯的结构类型. 缆芯通常包括被覆光纤(或称芯线)和加强件两部分.被覆光纤是光缆的核心,决定着光缆的传输特性.加强件起着承受光缆拉力的作用,通常处在缆芯中心,有时配置在护套中.四种基本类型：层绞式、骨架式、中心束管式、带状式 22、光纤特性参数的测量方法. 损耗测量：一种是测量通过光纤的传输光功率,称剪断法和插入法；另一种是测量光纤的后向散射光功率,称后向散射法. 带宽测量：时域法又称脉冲法；频域法又称扫频法. 光纤色散测量有相移法、脉冲时延法和干涉法等.相移法是测量单模光纤色散的基准方法. ※第三章知识点小结 1、光与物质作用时有受激吸收,自发辐射,受激辐射 三个物理过程. 2、受激辐射光的频率、相位、偏振态和传播方向与入射光相同，这种光称为相干光。自发 辐射光是由大量不同激发态的电子自发跃迁产生的，其频率和方向分布在一定范围内，相 位和偏振态是混乱的，这种光称为非相干光。 2、半导体激光器的主要由哪三个部分组成？ 有源层；限制层；基片 3、电子吸收或辐射光子所要满足的波尔条件.E2-E1=h f 12 式中，h=6.628×10-34J ·s ，为普朗克常数，f 12为吸收或辐射的光子频率。 4、什么是粒子数反转分布？ 设在单位物质中，处于低能级E1和处于高能级E2(E2>E1)的原子数分别为N1和N2。受激吸收和受激辐射的速率分别比例于N1和N2，且比例系数(吸收和辐射的概率)相等。N2>N1的分布，和正常状态(N1>N2)的分布相反，所以称为粒子(电子)数反转分布。 5、理解半导体激光产生激光的机理和过程. 半导体激光器工作原理:半导体激光器是向半导体PN 结注入电流， 实现粒子数反转分布， 产生受激辐射，再利用谐振腔的正反馈，实现光放大而产生激光振荡的。 激光振荡的产生：粒子数反转分布（必要条件)激活物质置于光学谐振腔中，对光的频率和方向进行选择=连续的光放大和激光振荡输出 过程：由于限制层的带隙比有源层宽，施加正向偏压后，P 层的空穴和N 层的电子注入有源 层。P 层带隙宽，导带的能态比有源层高，对注入电子形成了势垒， 注入到有源层的电子 不可能扩散到P 层。同理，注入到有源层的空穴也不可能扩散到N 层。另一方面，有源层的折射率比限制层高，产生的激光被限制在有源 区内 6、静态单纵模激光器. 驱动电流变大，纵模模数变小 ，谱线宽度变窄，当驱动电流足够大时，多纵模变为单纵模，这种激光器称为静态单纵模激光器 8、半导体激光器的温度特性. 激光器输出光功率随温度而变化有两方面（1） 激光器的阈值电流Ith 随温度升高而增大（2） 外微分量子效率ηd 随温度升高而减小。 9、DFB 激光器（分布反馈激光器）的优点. 1、单纵模激光器2、光谱宽度窄，波长稳定性好3.动态谱特性好，高速调制时也能保持单模特性4、线性好 10、LD 与LED 的主要区别。 半导体激光二极管 (LD)发光二极管(LED) LD 发射的是受激辐射光，LED 发射的是自发辐射光，LED 的结构和LD 相似，大多是采用双异质结(DH)芯片，把有源层夹在P 型和N 型限制层中间，不同的是LED 不需要光学谐振腔，没有阈值。LED 通常和多模光纤耦合，用于1.3 μm(或0.85 μm)波长的小容量短距离系统。LD 通常和G.652或G.653规范的单模光纤耦合，用于1.3 μm 或1.55 μm 大容量长距离系统。 11、常用光电检测器的种类. PIN 光电二极管和雪崩光电二极管（APD ） 12、光电二极管的工作原理. 光电二极管(PD)把光信号转换为电信号的功能， 是由半导体PN 结的光电效应实现的。 13、PIN 和APD 的主要特点. 由于PN 结耗尽层只有几微米，大部分入射光被中性区吸收，因而光电转换效率低，响应速度慢。为改善器件的特性，在PN 结中间设置一层掺杂浓度很低的本征半导体(称为I)，这种结构便是常用的PIN 光电二极管。随着反向偏压的增加，开始光电流基本保持不变。当反向偏压增加到一定数值时，光电流急剧增加，最后器件被击穿，这个电压称为击穿电压UB 。APD 就是根据这种特性设计的器件 14、为什么APD 管具有光生电流的内部放大作用？ 15、耦合器的功能. 把一个输入的光信号分配给多个输出，或把多个输入的光信号组合成一个输出。 16、光耦合器的结构种类. 类型：耦合器类型、T 形耦合器、星形耦合器、定向耦合器、波分复用器/解复用器 基本结构的分类：光纤型、微器件型、波导型 17、什么是附加损耗？ 附加损耗Le 由散射、吸收和器件缺陷产生的损耗，是全部输入端的光功率总和Pit 和全部输出端的光功率总和Pot 的比值，用分贝表示1110lg 10lg N in it n e N ot on n P P L p P ==???? ??==?? ?????? ∑∑ 18、光隔离器的结构和工作原理. 隔离器就是一种非互易器件，其主要作用是只允许光波往一个方向上传输，阻止光波往其他方向特别是反方向传输。 偏振器--法拉弟旋转器--偏振器 19、什么是耦合比？ 耦合比CR 是一个指定输出端的光功率Poc 和全部输出端的光功率总和Pot 的比值 1 oc oc N ot on n P P CR P P == =∑ 光检测过程中都有哪些噪声？ 答：光检测器的噪声主要包括有光生信号电流和暗电流产生的散粒噪声以及负载电阻产生的热噪声。热噪声来源于电阻内部载流子的不规则运动。散粒噪声源于光子的吸收或者光生载流子的产生，具有随机起伏的特性。光生信号电流产生的散粒噪声，称为量子噪声，这种噪声的功率与信号电流成正比，因此不可能通过增加信号光功率提高信噪比。在没有外界入射光的作用下，光检测器中仍然存在少量载流子的随机运动，从而形成很弱的散粒噪声，成为暗电流噪声。所以在有信号光作用的时间内，主要考虑量子噪声和热噪声；而没有信号光的期间，主要考虑暗电流噪声和热噪声。 ※第四章知识点小结 1、数字光发射机的方框图. 2、光电延迟和张驰振荡. 输出光脉冲和注入电流脉冲之间存在一个初始延迟时间， 称为电光延迟时间 td ， 其数量级一 般为 ns 。 当电流脉冲注入激光器后，输出光脉冲会出现幅度逐渐衰减的振荡，称为张弛振荡，其振荡 频率 fr(=ωr/2π)一般为 0.5~2 GHz 。 3、激光器为什么要采用自动温度控制？ 半导体光源的输出特性受温度影响很大，特别是长波长半导体激光器对温度更加敏感。为保证输出特性的稳定，对激光器进行温度控制是十分必要的。 4、数字光接收机的方框图. 5、光接收机对光检测器的要求. 对光检测器的基本要求如下:(1) 高的光电转换效率,即对某一波长入射光信号,能够得到尽可能大的光电流;(2) 附加噪声尽可能 小;(3) 响应速度要快,线性好及频带宽;(4) 可靠性好,寿命长.在光纤通信中,满足上述要求的光检测器有两种半导体光电二极管:PIN 光电二极管和雪崩光电二极管(ADP). 6、什么是灵敏度？ 灵敏度是衡量光接收机性能的综合指标。灵敏度Pr 的定义是，在保证通信质量(限定误码率或信噪比)的条件下，光接收机所需的最小平均接收光功率〈P 〉min ，并以dBm 为单位。 3 min()Pr 10lg[ ]() 10P w dBm -<>=灵敏度表示光接收机调整到最佳状态时，能够接收微弱光信号 的能力。 7、什么是误码和误码率？ 由于噪声的存在，放大器输出的是一个随机过程，其取样值是随机变量，因此在判决时可能发生误判，把发射的“0”码误判为“1”码，或把“1”码误判为“0”码。光接收机对码元误判的概率称为误码率 8、什么是动态范围？ 动态范围(DR)的定义是：在限定的误码率条件下，光接收机所能承受的最大平均接收光功率〈P 〉max 和所需最小平均接收光功率〈P 〉min 的比值，用dB 表示。max min 10lg () p DR dB p <>=<> 态范围是光接收机性能的另一个重要指标，它表示光接收机接收强光的能力 9、数字光纤通信对线路码型的要求. 数字光纤通信系统对线路码型的主要要求是保证传输的透明性，具体要求有： (1) 能限制信号带宽，减小功率谱中的高低频分量。这样就可以减小基线漂移、提高输出功率的稳定性和减小码间干扰， 有利于提高光接收机的灵敏度。2) 能给光接收机提供足够的定时信息。因而应尽可能减少连“１”码和连“0”码的数目，使“1”码和“0”码的分布均匀保证定时信息丰富。 (3) 能提供一定的冗余码，用于平衡码流、误码监测和公务通信。但对高速光纤通信系统，应适当减少冗余码，以免占用过大的带宽。 10、数字光纤通信系统中常用的码型种类. mBnB 码：mBnB 码是把输入的二进制原始码流进行分组，每组有m 个二进制码，记为mB ，称为一个码字，然后把一个码字变换为n 个二进制码，记为nB ，并在同一个时隙内输出我国3次群和4次群光纤通信系统最常用的线路码型是5B6B 码 ※第五章知识点小结 1、SDH 的优点. (1) SDH 采用世界上统一的标准传输速率等级。 最低的等级也就是最基本的模块称为STM-1，传输速率为155.520 Mb/s ； 4个STM-1 同步复接组成STM-4，传输速率为622.080 Mb/s ； 16个STM-1 组成STM-16, 传输速率为2488.320 Mb/s ，以此类推。 (2) SDH 各网络单元的光接口有严格的标准规范。因此，光接口成为开放型接口，这有利于建立世界统一的通信网络。 标准的光接口综合进各种不同的网络单元， 简化了硬件，降低了网络成本。 3) 在SDH 帧结构中，丰富的开销比特用于网络的运行、 维护和管理，便于实现性能监测、故障检测和定位、故障报告等管理功能。(4) 采用数字同步复用技术，其最小的复用单位为字节， 不必进行码速调整，简化了复接分接的实现设备，由低速信号复接成高速信号，或